Otimização da síntese de estruvita e seus análogos visando a recuperação de fósforo, magnésio, nitrogênio e potássio de águas residuais

Águas residuais domésticas e industriais, brutas ou minimamente tratadas, são ricas em macro nutrientes que podem causar eutrofização se forem lançadas sem tratamento no meio ambiente. Atualmente, os esgotos domésticos têm sido estudados como fontes de matéria prima para recuperação de nutrientes, a exemplo da precipitação de estruvita. A estruvita é um fosfato de amônio-magnésio hexahidratado (NH4MgPO4.6H2O) formado em proporções equimolares em meios aquosos e alcalinos. Dependendo das condições físico-químicas de formação (concentração dos íons, pH e temperatura) pode ocorrer a precipitação tanto de estruvita quanto das chamadas estruvitas análogas, com diversas possibilidades de substituições isomórficas. O presente trabalho teve como objetivo a síntese, a caracterização e a otimização da cristalização de estruvitas e seus análogos para recuperação de nutrientes de águas residuais provenientes de soluções contendo magnésio (MgCl2.6H2O), fósforo (K2HPO4) e nitrogênio (NH4Cl); e também realizar a quantificação mineralógica das fases da estruvita, o detalhamento dos aspectos cristaloquímicos, incluindo a determinação da fórmula química da melhor condição de síntese obtida usando o método de refinamento combinado Rietveld e Padrão Interno do programa Fullprof com a interface gráfica FULL. Foram realizados os planejamentos estatísticos: I – Diagrama de árvore e o II - Fatorial Completo 23 (DOE), duplicado com quatro pontos centrais usando metodologia de superfície resposta e função desejabilidade global para estabelecer as respostas mais significantes para o rendimento de estruvita. Os fatores estudados foram pH (10, 11 e 12), concentração de fósforo (100, 200 e 300 mg L-1) e razão molar Mg:P:N (1:1:1; 1:1:1,5; 1:1:2), com três variáveis resposta: (1) variação de entalpia (ΔH) dos picos de decomposição dos produtos de síntese por calorimetria exploratória diferencial (DSC); (2) percentural de transmitância do infravermelho (% T – IR) na posição 1073,17, referente a banda de estiramento assimétrico da ligação P–O do fosfato (PO4 3-) e (3) percentual de variação de perda de massa total (Δm %) por termogravimetria (TG). Os fatores mais significantes foram pH = 10, concentração de P = 300 mg L-1 e razão molar (Mg:P:N) = 1:1:2. A condição mais propicia para a precipitação de estruvita, denominada condição 01 e duplicada (A, B, C e D), foi mais detalhadamente investigada. Para esta condição, foi realizado o refinamento Rietveld. Essa técnica comprovou que as estruvitas geradas foram do tipo análogas com substituição de amônio (NH4 +) pelo íon potássio (K+). Foi quantificado 20,34% de estruvita e 79,66% de estruvita análoga (K-estruvita). A quantificação mineralógica foi realizada pelo método de refinamento Rietveld combinado com método Padrão Interno, os dados obtidos foram: 74,3% de estruvita análoga, 16,6% de estruvita e 9,1% de material amorfo. Os resultados foram corroborados pelas técnicas analíticas XRF, SEM / EDS, DSC / TG, FTIR e SSABET que se mostraram eficientes para a confirmação das múltiplas fases identificadas em estruvitas análogas reveladas pelo refinamento Rietveld.